CN103551537B - 超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣，属于连铸生产技术领域，以重量百分比计，其化学组成为：27％<CaO<33％，30％<SiO₂<36％，7％<Al₂O₃+MgO<14％，Fe₂O₃<3％，3％<F^-<8％，7％<R₂O<12％，0.5％<C<3％，余量为杂质，所述R₂O为碱金属氧化物。本发明还提供了一种汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣的制备方法。本发明提供的汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣及其制备方法，能够改善铸坯润滑、提高铸坯表面质量。

Description

超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣及其制备方法

技术领域

本发明属于连铸生产技术领域，具体涉及一种汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣及其制备方法。

背景技术

连铸结晶器保护渣是以CaO-SiO₂-Al₂O₃为基料，加入Na₂O、CaF₂、Li₂O等熔剂和碳质材料为骨架的一种硅酸盐材料。连铸结晶器保护渣技术伴随伸入式水口的引入，至今已有30多年的历史，现已成为现代连铸技术的重要组成部分。连铸的高效化、品种钢的开发都与其紧密相联，是连铸过程中控制铸坯表面质量及浇注顺行的关键技术，因此，将其列入高科技范畴。正确使用保护渣必须与连铸工艺、设备特征、浇注钢种相匹配，由此形成了正确设计和正确使用保护渣的技术领域。

超低碳钢、低碳钢这类钢中w(C)<0.08％，高温机械性能好，凝固过程中不存在严重的相变体积变化，内应力及裂纹敏感性小，通常以较高拉坯速度进行生产以提高生产率。基于低碳钢本身的凝固特点和质量要求，设计时主要考虑保护渣的润滑及消耗。超低碳钢、低碳钢要求尽量增大结晶器热流，加速钢水凝固防止粘结漏钢，这要求保护渣结晶温度低、凝固温度适中，以确保在950℃以上处于非晶体状态，使发生粘结漏钢的可能性最小。在高速浇注时，为使足够的液态保护渣能良好地流入铸流和结晶器之间的缝隙，确保良好的润滑，通常保护渣粘度选择在较低的范围。超低碳钢、低碳钢初生铁素体坯壳中[P]、[S]偏析小，初生坯壳强度高，铸坯振痕较深，故应使用保温性能较好的保护渣，提高弯月面初生坯壳温度有利于减轻振痕过深带来的危害。另外，此类钢种浇铸温度高，结晶器保护渣液渣层中的液渣或者钢水中的夹杂物易卷入结晶器当中，影响铸坯质量。

在汽车板超低碳钢、低碳钢板坯连铸过程中，随着保护渣吸附钢液中的三氧化二铝夹杂物后，会导致保护渣的熔点、粘度进一步升高，从而容易导致保护渣的润滑性能不足而危害连铸的顺利进行。因此，为了满足连铸超低碳钢、低碳钢连铸的要求，保护渣需要具有一定的传热性能、良好的保温性能和吸收夹杂物的能力，并保证良好的润滑性和稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够改善铸坯润滑、提高铸坯表面质量的汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣，以重量百分比计，其化学组成为：27％<CaO<33％，30％<SiO₂<36％，7％<Al₂O₃+MgO<14％，Fe₂O₃<3％，3％<F^-<8％，7％<R₂O<12％，0.5％<C<3％，余量为杂质，所述R₂O为碱金属氧化物。

进一步地，所述保护渣中所述CaO和所述SiO₂的含量比CaO/SiO₂为0.7～1.4。

优选地，所述保护渣的组成为：CaO为31.01％，SiO₂为33.3％，F^-为4.83％，Al₂O₃与MgO之和为9.85％，R₂O为11.35％，Fe₂O₃为1.8％，C为1.43％，其余为杂质。

优选地，所述保护渣的组成为：CaO为30.20％，SiO₂为32.5％，F^-为5.55％，Al₂O₃与MgO之和为10.63％，R₂O为10.24％，Fe₂O₃为1.5％，C为1.8％，其余为杂质。

优选地，所述保护渣的组成为：CaO为29.5％，SiO₂为31.6％，F^-为5.98％，Al₂O₃与MgO之和为11.21％，R₂O为9.56％，Fe₂O₃为1.3％，C为1.55％，其余为杂质。

本发明还提供了一种汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣的制备方法，包括如下步骤：

1)选择化学成分重量百分比满足下列要求的原料：

吉林硅灰石：SiO₂48-54％,CaO40-45％,Al₂O₃＜1.0％,S＜0.025％；

萤石：CaF₂>90％,SiO₂＜6.0％,S＜0.05％；

水泥熟料：CaO>60％，SiO₂<24％；

镁砂：MgO>87％,SiO₂<6％；

熟铝矾土：Al₂O₃>78％，SiO₂<12％，Fe₂O₃<3％；

工业苏打：Na₂CO₃＞95％；

新疆炭黑：C＞97％；

膨润土：SiO₂＞60％，Al₂O₃>10％；

玻璃粉：SiO₂＞65％，R₂O>8％；

将上述选择的原料混合，从而使混合后的原料的化学成份重量百分比满足：27％<CaO<33％，30％<SiO₂<36％，7％<Al₂O₃+MgO<14％，Fe₂O₃<3％，3％<F^-<8％，7％<R₂O<12％，0.5％<C<3％，余量为杂质；

2)所述原料混合均匀后造粒，入电炉中熔化均匀，在1350℃-1450℃的温度范围内保温20-30min，然后出炉空冷，得到预熔料；

3)将所述预熔料破碎研磨过200目筛以后，在球磨机中加入原材料总质量1倍的水，加入原材料总质量1％～2％的粘结剂，精磨40-50分钟，制成料浆；

4)将所述料浆送入喷雾颗粒干燥塔喷雾制粒干燥，得到水分不大于0.5％、粒度小于2mm的成品。

本发明提供的汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣的化学成份作用机理及其含量说明如下：

CaO：是保护渣中枪晶石矿相的主要成份，来源广且成本低。化学分析时，将萤石中氟化钙带入的Ca元素换算成对应重量百分比的CaO。由于CaO为结晶相的主要成分，而且保护渣在弯月面处需要快速析晶以控制传热，所以其组分含量较高，但过高的CaO会使保护渣初始结晶能力过强，提高保护渣析晶温度，在一定程度上恶化润滑。经过理论设计及实验验证，确定其重量百分比范围为：27％<CaO<33％。

SiO₂：为保护渣内主要的酸性氧化物，也为枪晶石的主要成分之一，是保护渣中重要的的网络结构形成体，与碱性氧化物反应生成低熔点化合物，降低保护渣熔点。通过控制其加入量可调节保护渣熔点与结晶性能，一定量的SiO₂有利于使弯月面附近液渣膜的厚度维持在一定水平，改善润滑。但过高的SiO₂易弱化保护渣结晶性能，经过理论设计及实验，将SiO₂含量控制在30％<SiO₂<36％范围。

F^-：为保护渣中的主要助熔剂，亦为生成枪晶石的主要成分之一。在一定范围内加入，能减小保护渣的高温粘度，提高保护渣消耗量，在一定程度上改善润滑。碱度较高时加入过多，则易促使高熔点物相的析出，不利润滑。本发明保护渣中F^-由萤石带入，化学成分分析时将萤石中Ca换算为对应重量百分比的CaO。经过理论设计及实验，本发明将F^-含量范围控制为3％<F^-<8％。

Al₂O₃+MgO：Al₂O₃为两性氧化物，在碱性熔渣中属于网络结构形成体，能在一定范围内调节熔渣结晶性能。其含量超过一定范围时易大幅度增加熔渣的粘度，不利润滑，由于其本身熔点较高，且在某些情况下易生成高熔点化合物，所以其含量不应过高。MgO属于碱土金属氧化物，在保护渣中部分代替CaO，亦能改善保护渣的润滑性能，但与Al₂O₃一样，MgO本身的熔点较高，并且易与其它组分结合生成高熔点化合物，含量较高时能提高熔渣转折温度，恶化铸坯润滑。所以经过理论设计及实验，将Al₂O₃和MgO含量之和控制为：7％<Al₂O₃+MgO<14％。

Fe₂O₃：具有很强的氧化性，应将Fe₂O₃的量控制在较低范围内，避免向钢水增氧，经过理论设计及实验，将Fe₂O₃重量百分比控制在小于3％的范围内。

C：在保护渣中起到骨架隔离的作用，主要用于调节保护渣的熔化速度，并且防止过度烧结的产生，将C含量控制在0.5％-3％范围。

本发明提供的汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣及其制备方法，通过控制保护渣的成分及各成分的含量，改善了保护渣的物理性能，在超低碳钢、低碳钢板坯连铸过程中，有利于协调汽车板超低碳、低碳连铸过程中保护渣吸附夹杂物后熔点、粘度升高与润滑性能之间的矛盾，有利于连铸的顺利进行，保护渣能够有效地润滑铸坯，并在改善铸坯润滑的同时，能够降低铸坯表面的凹陷及夹渣发生率，提高了铸坯表面及皮下的质量，提高了连铸的生产效率。

具体实施方式

本发明实施例提供的汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣，其化学成份重量百分比满足：27％<CaO<33％，30％<SiO₂<36％，7％<Al₂O₃+MgO<14％，Fe₂O₃<3％，3％<F^-<8％，7％<R₂O<12％，0.5％<C<3％，余量为杂质，其中R₂O为碱金属氧化物。

其中，保护渣中CaO与SiO₂的含量比CaO/SiO₂为0.7～1.4。

其中，保护渣的化学成分较佳的重量百分比为：CaO为31.01％，SiO₂为33.3％，F^-为4.83％，Al₂O₃与MgO之和为9.85％，R₂O为11.35％，Fe₂O₃为1.8％，C为1.43％，其余为杂质。

其中，保护渣的化学成分较佳的重量百分比为：CaO为30.20％，SiO₂为32.5％，F^-为5.55％，Al₂O₃与MgO之和为10.63％，R₂O为10.24％，Fe₂O₃为1.5％，C为1.8％，其余为杂质。

其中，保护渣的化学成分较佳的重量百分比为：CaO为29.5％，SiO₂为31.6％，F^-为5.98％，Al₂O₃与MgO之和为11.21％，R₂O为9.56％，Fe₂O₃为1.3％，C为1.55％，其余为杂质。

本发明提供的一种汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣的制备方法，包括如下步骤：

1)选择化学成分重量百分比满足下列要求的原料：

吉林硅灰石：SiO₂48-54％,CaO40-45％,Al₂O₃＜1.0％,S＜0.025％；

萤石：CaF₂>90％,SiO₂＜6.0％,S＜0.05％；

水泥熟料：CaO>60％，SiO₂<24％；

镁砂：MgO>87％,SiO₂<6％；

熟铝矾土：Al₂O₃>78％，SiO₂<12％，Fe₂O₃<3％；

工业苏打：Na₂CO₃＞95％；

新疆炭黑：C＞97％；

膨润土：SiO₂＞60％，Al₂O₃>10％；

玻璃粉：SiO₂＞65％，R₂O>8％；

将上述选择的原料混合，从而使混合后的原料的化学成份重量百分比满足：27％<CaO<33％，30％<SiO₂<36％，7％<Al₂O₃+MgO<14％，Fe₂O₃<3％，3％<F^-<8％，7％<R₂O<12％，0.5％<C<3％，余量为杂质；

2)原料混合均匀后造粒，入电炉中熔化均匀，在1350℃-1450℃的温度范围内保温20-30min，然后出炉空冷，得到预熔料；

3)将预熔料破碎研磨过200目筛以后，在球磨机中加入原材料总质量1倍的水，加入原材料总质量1％～2％的粘结剂，精磨40-50分钟，制成料浆；

4)将料浆送入喷雾颗粒干燥塔喷雾制粒干燥，得到水分不大于0.5％、粒度小于2mm的成品。

实施例1

选择化学成分重量百分比满足下列要求的原料：

吉林硅灰石：SiO₂48-54％,CaO40-45％,Al₂O₃＜1.0％,S＜0.025％；

萤石：CaF₂>90％,SiO₂＜6.0％,S＜0.05％；

水泥熟料：CaO>60％，SiO₂<24％；

镁砂：MgO>87％,SiO₂<6％；

熟铝矾土：Al₂O₃>78％，SiO₂<12％，Fe₂O₃<3％；

工业苏打：Na₂CO₃＞95％；

新疆炭黑：C＞97％；

膨润土：SiO₂＞60％，Al₂O₃>10％；

玻璃粉：SiO₂＞65％，R₂O>8％；

将上述选择的原料混合，从而使混合后的原料的化学成份重量百分比满足：CaO为31.01％，SiO₂为33.3％，Al₂O₃+MgO为9.85％，Fe₂O₃为1.8％，F^-为4.83％，R₂O为11.35％，C为1.43％，余量为杂质，见表1所示；

原料混合均匀后造粒，入电炉中熔化均匀，在1400℃的温度范围内保温25min，然后出炉空冷，得到预熔料；

将预熔料破碎研磨过200目筛以后，在球磨机中加入原材料总质量1倍的水，加入原材料总质量1.5％的粘结剂，精磨45分钟，制成料浆；

将料浆送入喷雾颗粒干燥塔喷雾制粒干燥，得到水分不大于0.5％、粒度小于2mm的成品。

制备出的保护渣的相关性能如表2所示。

实施例2

选择化学成分重量百分比满足下列要求的原料：

吉林硅灰石：SiO₂48-54％,CaO40-45％,Al₂O₃＜1.0％,S＜0.025％；

萤石：CaF₂>90％,SiO₂＜6.0％,S＜0.05％；

水泥熟料：CaO>60％，SiO₂<24％；

镁砂：MgO>87％,SiO₂<6％；

熟铝矾土：Al₂O₃>78％，SiO₂<12％，Fe₂O₃<3％；

工业苏打：Na₂CO₃＞95％；

新疆炭黑：C＞97％；

膨润土：SiO₂＞60％，Al₂O₃>10％；

玻璃粉：SiO₂＞65％，R₂O>8％；

将上述选择的原料混合，从而使混合后的原料的化学成份重量百分比满足：CaO为30.20％，SiO₂为32.5％，Al₂O₃+MgO为10.63％，Fe₂O₃为1.5％，F^-为5.55％，R₂O为10.24％，C为1.8％，余量为杂质，见表1所示；

原料混合均匀后造粒，入电炉中熔化均匀，在1350℃的温度范围内保温20min，然后出炉空冷，得到预熔料；

将预熔料破碎研磨过200目筛以后，在球磨机中加入原材料总质量1倍的水，加入原材料总质量1％的粘结剂，精磨40分钟，制成料浆；

将料浆送入喷雾颗粒干燥塔喷雾制粒干燥，得到水分不大于0.5％、粒度小于2mm的成品。

制备出的保护渣的相关性能如表2所示。

实施例3

选择化学成分重量百分比满足下列要求的原料：

吉林硅灰石：SiO₂48-54％,CaO40-45％,Al₂O₃＜1.0％,S＜0.025％；

萤石：CaF₂>90％,SiO₂＜6.0％,S＜0.05％；

水泥熟料：CaO>60％，SiO₂<24％；

镁砂：MgO>87％,SiO₂<6％；

熟铝矾土：Al₂O₃>78％，SiO₂<12％，Fe₂O₃<3％；

工业苏打：Na₂CO₃＞95％；

新疆炭黑：C＞97％；

膨润土：SiO₂＞60％，Al₂O₃>10％；

玻璃粉：SiO₂＞65％，R₂O>8％；

将上述选择的原料混合，从而使混合后的原料的化学成份重量百分比满足：CaO为29.5％，SiO₂为31.6％，Al₂O₃+MgO为11.21％，Fe₂O₃为1.3％，F^-为5.98％，R₂O为9.56％，C为1.55％，余量为杂质，见表1所示；

原料混合均匀后造粒，入电炉中熔化均匀，在1450℃的温度范围内保温30min，然后出炉空冷，得到预熔料；

将所述预熔料破碎研磨过200目筛以后，在球磨机中加入原材料总质量1倍的水，加入原材料总质量2％的粘结剂，精磨50分钟，制成料浆；

将料浆送入喷雾颗粒干燥塔喷雾制粒干燥，得到水分不大于0.5％、粒度小于2mm的成品。

制备出的保护渣的相关性能如表2所示。

本发明提供的制备汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣的三个实施例中，每个实施例中保护渣的化学成份及各个成分的重量百分比如表1所示，其余为不可避免的杂质。

表1保护渣的化学成份(重量百分比，wt％)

实施例	SiO2	CaO	Al2O3+MgO	Fe2O3	F-	R2O	C
								实施例1	33.3	31.01	9.85	1.8	4.83	11.35	1.43
实施例2	32.5	30.20	10.63	1.5	5.55	10.24	1.8
								实施例3	31.6	29.5	11.21	1.3	5.98	9.56	1.55

三个实施例制备出的保护渣对应的相关性能如表2所示。

表2保护渣相关性能

实施例	R	1300℃粘度,Pa.S	软化点,℃	熔点，℃	流动点，℃
						实施例1	0.93	0.363	965	1085	1130
实施例2	0.93	0.351	940	1060	1105
						实施例3	0.93	0.335	915	1045	1095

从表2可以看出，本发明实施例制备的汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣，保护渣粘度为0.335-0.363Pa.S,这个粘度范围降低了保护渣液渣被卷入结晶器的概率；碱度R为0.93，熔点为1045-1085，既保证了铸坯润滑、传热，又保证了夹杂物的吸收。

本发明实施例制备的汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣，实际应用结果表明，本保护渣在浇铸过程中结晶器液面状况良好，未出现粘结漏钢等异常状况，结晶器热流稳定。铸坯原始合格率均在99％以上，铸坯表面及皮下质量良好，板卷卷渣缺陷发生率小于1％，夹杂物评级均在B类2.0级以下。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣，以重量百分比计，其化学组成为：27％<CaO<33％，30％<SiO₂<36％，7％<Al₂O₃+MgO<14％，Fe₂O₃<3％，3％<F^-<8％，7％<R₂O<12％，0.5％<C<3％，余量为杂质，所述R₂O为碱金属氧化物，所述保护渣中所述CaO和所述SiO₂的含量比CaO/SiO₂为0.75～1.1。

2.根据权利要求1所述的汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣，其特征在于，以重量百分比计，所述保护渣的组成为：CaO为31.01％，SiO₂为33.3％，F^-为4.83％，Al₂O₃与MgO之和为9.85％，R₂O为11.35％，Fe₂O₃为1.8％，C为1.43％，其余为杂质。

3.根据权利要求1所述的汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣，其特征在于，以重量百分比计，所述保护渣的组成为：CaO为30.20％，SiO₂为32.5％，F^-为5.55％，Al₂O₃与MgO之和为10.63％，R₂O为10.24％，Fe₂O₃为1.5％，C为1.8％，其余为杂质。

4.根据权利要求1所述的汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣，其特征在于，以重量百分比计，所述保护渣的组成为：CaO为29.5％，SiO₂为31.6％，F^-为5.98％，Al₂O₃与MgO之和为11.21％，R₂O为9.56％，Fe₂O₃为1.3％，C为1.55％，其余为杂质。

5.一种权利要求1所述的汽车板连铸用超低碳钢、低碳钢结晶器保护渣的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)选择化学成分重量百分比满足下列要求的原料：

吉林硅灰石：SiO₂48-54％,CaO40-45％,Al₂O₃＜1.0％,S＜0.025％；

萤石：CaF₂>90％,SiO₂＜6.0％,S＜0.05％；

水泥熟料：CaO>60％，SiO₂<24％；

镁砂：MgO>87％,SiO₂<6％；

熟铝矾土：Al₂O₃>78％，SiO₂<12％，Fe₂O₃<3％；

工业苏打：Na₂CO₃＞95％；

新疆炭黑：C＞97％；

膨润土：SiO₂＞60％，Al₂O₃>10％；

玻璃粉：SiO₂＞65％，R₂O>8％；

将上述选择的原料混合，从而使混合后的原料的化学成份重量百分比满足：27％<CaO<33％，30％<SiO₂<36％，7％<Al₂O₃+MgO<14％，Fe₂O₃<3％，3％<F^-<8％，7％<R₂O<12％，0.5％<C<3％，余量为杂质；

2)所述原料混合均匀后造粒，入电炉中熔化均匀，在1350℃-1450℃的温度范围内保温20-30min，然后出炉空冷，得到预熔料；

3)将所述预熔料破碎研磨过200目筛以后，在球磨机中加入原材料总质量1倍的水，加入原材料总质量1％～2％的粘结剂，精磨40-50分钟，制成料浆；

4)将所述料浆送入喷雾颗粒干燥塔喷雾制粒干燥，得到水分不大于0.5％、粒度小于2mm的成品。